《化工仪表及自动化》课件第5章.ppt
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- 化工仪表及自动化 化工 仪表 自动化 课件
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1、 第五章第五章 温度检测温度检测内容提要内容提要n 概述概述n测温仪表的分类测温仪表的分类n温度检测的基本原理温度检测的基本原理n 热电偶温度计热电偶温度计n热电偶热电偶n补偿导线与冷端温度补偿补偿导线与冷端温度补偿n 热电阻温度计热电阻温度计n 测温原理测温原理n 常用热电阻常用热电阻1内容提要内容提要n 温度变送器温度变送器n电动温度变送器电动温度变送器n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器2第一节第一节 概述概述n 一、测温仪表的分类一、测温仪表的分类 温度不能直接测量,只能借助于冷热不同物体之间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加
2、以间接测量。接触式与非接触式 3第一节第一节 概述概述接接触触式式测测温温仪仪表表玻璃液体玻璃液体温度计温度计 结构简单、使用方便、测结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉量准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示能现场指示 ,不能记录与远传不能记录与远传-100-100100100(150150)有机液体)有机液体0 0 350350(-30-30 650650)水银)水银双金属温双金属温度计度计结构简单、机械强度大、结构简单、机械强度大、价价格低、能记录、报警与自格低、能记录、报警与自控控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量,量程与使
3、用范围均有限量程与使用范围均有限 0 0 300300(-50-50 600600)压力式温压力式温度计度计结构简单、不怕震动、具结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控记录、报警与自控 精度低、测量距离较远时精度低、测量距离较远时,仪仪表的滞后性较大、一般离开测表的滞后性较大、一般离开测量点不超过量点不超过 10米米 0 0 500500(-50-50 600600)液体型)液体型0 0 100100(-50-50 200200)蒸汽型)蒸汽型电阻温度电阻温度计计测量精度高测量精度高,便于远距离、便于远距离、多点、集中测量和自动控多点、集中测量和自动
4、控制制 结构复杂、不能测量高温结构复杂、不能测量高温,由由于体积大于体积大,测点温度较困难测点温度较困难-150-150 500500(-200-200 600600)铂电阻)铂电阻0 0 100100(-50-50 150150)铜电阻)铜电阻-50-50 150150(180180)镍电阻)镍电阻-100-100 200200(300300)热敏电阻)热敏电阻热电偶温热电偶温度计度计测温范围广测温范围广,精度高精度高,便于便于远距离、多点、集中测量远距离、多点、集中测量和自动控制和自动控制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿,在低温段测在低温段测量精度较低量精度较低-20-20 13001300
5、(16001600)铂铑)铂铑1010-铂铂-50-50 10001000(12001200)镍铬)镍铬-镍硅镍硅-40-40 800800(900900)镍铬)镍铬-铜镍铜镍-40-40 300300(350350)铜)铜-铜镍铜镍非接非接触式触式测温测温仪表仪表光学高温光学高温计计携带用、可测量高温、测携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度温时不破坏被测物体温度场场 测量时测量时,必须经过人工调整必须经过人工调整,有有人为误差人为误差,不能作远距离测量不能作远距离测量,记录和自控记录和自控 900 900 20002000(700 700 20002000)辐射高温辐射高温计计测温元
6、件不破坏被测物体测温元件不破坏被测物体温度场温度场,能作远距离测量、能作远距离测量、报警和自控、测温范围广报警和自控、测温范围广 只能测高温只能测高温,低温段测量不准低温段测量不准,环境条件会影响测量精度环境条件会影响测量精度,连续连续测高温时须作水冷却或气冷却测高温时须作水冷却或气冷却 100 100 20002000(50 50 20002000)4第一节第一节 概述概述图5-1 双金属片5图5-2 双金属温度信号器1双金属片;2调节螺钉;3绝缘子;4信号灯 利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀式温度计。第一节第一节 概述概述6第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计n 一、热
7、电偶一、热电偶7是以热电效应为基础的测温仪表。图5-3 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶;2导线;3测量仪表由三部分组成:热电偶;测量仪表;连接热电偶和测量仪表的导线。图5-4 热电偶示意图第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计8图5-5 热电现象图5-6 接触电势形成的过程 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或图5-7 热电偶原理第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 由于热电极的材料不同,所产生的接触热电势亦不同,因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。热电偶一般都是在自由端温度为0时进行分度的
8、,因此,若自由端温度不为0而为t0时,则热电势与温度之间的关系可用下式进行计算。EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)9第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计举例举例例5-1 今用一只镍铬-镍硅热电偶,测量小氮肥厂中转化炉的温度,已知热电偶工作端温度为800,自由端(冷端)温度为30,求热电偶产生的热电势 E(800,30)。解:由附录三可以查得 E(800,0)=33.277(mV)E(30,0)=1.203(mV)将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)10第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计例5-2 某
9、支铂铑10-铂热电偶在工作时,自由端温度t0=30,测得热电势 E(t,t0)=14.195mV,求被测介质的实际温度。解:由附录一可以查得 E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)变换得 E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附录一可以查得14.368mV对应的温度t为1400。11第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计注意:注意:由于热电偶所产生的热电势与温度的关系都是非线性的(当然各种热电偶的非线性程度不同),因此在自由端温度不为零时,将所测热电势对应的温度值加上自由端温度,并不等于实际的被测温度。12第二节第二节 热电
10、偶温度计热电偶温度计13利用热电偶测量温度时,必须要用某些仪表来测量热电势利用热电偶测量温度时,必须要用某些仪表来测量热电势的数值,见下图。的数值,见下图。00teteteECABCABt总的热电势(5-4)0000000teteteteteteCABCABCABCAB能量守恒原理(5-5)0teteEABABt(5-6)将式(5-5)5代入式(5-4)图3-58 热电偶测温系统连接图第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计说明:说明:在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两所产生的热电势数值并无影响。不
11、过必须保证引入线两端的温度相同。端的温度相同。14第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计图5-9 开路热电偶的应用15第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计163.3.常用热电偶的种类常用热电偶的种类在测温范围内其热电性质要稳定在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化不随时间变化;在测温范围内要有足够物理、化学稳定性在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易不易被氧化或腐蚀被氧化或腐蚀;电阻温度系数要小电阻温度系数要小,电导率要高电导率要高,组成热电偶后产组成热电偶后产生的热电势要大生的热电势要大,其值与温度成线性关系或有简单其值与温度成线性关系或有简单的函数关系的函数关系;复现性要好复现性
12、要好,这样便于成批生产这样便于成批生产,而且在应用上也而且在应用上也可保证良好的互换性可保证良好的互换性;材料组织均匀、要有韧性材料组织均匀、要有韧性,便于加工成丝。便于加工成丝。第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计17热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新 旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030-铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010-铂铂镍铬镍铬-镍硅镍硅镍铬镍铬-铜镍铜镍铁铁-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT T
13、LL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2-CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计184.4.热电偶的构造及结构形式热电偶的构造及结构形式图5-10 热电偶的结
14、构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计19n 二、补偿导线与冷端温度补偿二、补偿导线与冷端温度补偿 采用一种专用导线,将热电偶的冷端延伸出来,这采用一种专用导线,将热电偶的冷端延伸出来,这既能保证热电偶冷端温度保持不变,又经济。既能保证热电偶冷端温度保持不变,又经济。它也是由两种不同性质的金属材料制成,在一定温度范围内(0100)与所连接的热电偶具有相同的热电特性,其材料又是廉价金属。见左图。图5-11 补偿导线接线图第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 101teteteteECADCBDAB 假设将镍铬记为A、镍硅记为B、铜记为C、铜
15、镍记为D,并考虑到引入铜导线对回路的总热电势没有影响(因其两端温度均为t0),则图5-11所示回路的总热电势为(5-7)01111teteteteECADCBDAB 1111teteteteCABDDCAB如果假定各接点温度全为t1,代入式(5-7),则有(5-8)(5-9)或 由于t1一般是在100以下,在此温度范围内,根据补偿导线的性质,有 111teteteDCCDAB(5-10)20第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 011teteCABD将此式代入式(5-9)(5-11)00teteteteECDABDCAB将式(5-11)代入式(5-7),便有(5-12)00teteCDAB因
16、为 0teteEABAB故(5-13)21第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计热电偶名称热电偶名称补偿导线补偿导线工作端为工作端为100,冷端为,冷端为00时的标准热电势时的标准热电势mVmV正极正极负极负极铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍铬-镍硅镍硅镍铬镍铬-铜镍铜镍铜铜铜铜镍铬镍铬铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍0.640.030.034.104.100.150.156.956.950.300.30表表5-3 5-3 常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线22第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计注意 使用补偿导线时,应当注意补偿导线的正、负极必须与热电偶的正、负极各端对应相接。此外,正、负两极的接点
17、温度t1应保持相同,延伸后的冷端温度 t0应比较恒定且比较低。对于镍铬-铜镍等一类用廉价金属制成的热电偶,则可用其本身材料作补偿导线,将冷端延伸到环境温度较恒定的地方。23第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计 在应用热电偶测温时,只有将冷端温度保持为,或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做,就称为。一般采用下述几种方法。图5-12 热电偶冷端温度保持的方法(1 1)热电势的修正方法)热电势的修正方法 在实际生产中,冷端温度往往不是0,而是某一温度t0,这就引起测量误差。因此,必须对冷端温度进行修正。24第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计0,0,00tEtEttEABABAB实
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